16014曲轴加工工艺及钻两端中心孔夹具设计.doc

设计（论文）题目：曲轴加工工艺及钻两端中心孔夹具设计 全套图纸加扣3012250582 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 校 外 导 师： （单 位： ）2019年 月 日目录1 引言12机械加工工艺规程的制订32.1计算生产纲领，确定零件生产的类型32.2 分析曲轴的零件图42. 3 加工毛坯的分析52.4 制订机械加工工艺过程的主要问题62.4.1 零件表面加工方法的选择62.4.2加工工艺路线的拟订62.5切削用量的确定83 专用夹具设计223.1问题的提出223.2定位基准的选择223.3切削力与夹紧力的计算233.5夹具精度分析253.6夹具的设计和说明25总结27参 考 文 献28致谢291 引言机械的加工工艺及夹具设计是在完成了工艺学课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。制造业是国民经济的基础，随着以计算机技术为主导的现代科学技术的迅速发展，以“时间驱动”为特征的市场竞争、产品更新换代的加快、商品需求的多样化、用户素质的提高等使制造业面临着巨大的挑战，特别像箱体类不规则零件的加工就出现了一些问题，在现阶段像箱体类的加工还没达到现代自动化的水平。在现代的中小批量生产中，它的加工工艺还需人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹也是通过人工的方法进行的。因此我国对不规则零件的加工还处于效率低、成本高的阶段。在设计中，需要对零件加工工艺方案和夹具进行设计，在确定加工工艺方案时，可能会出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，可能因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。所以在设计过程中应制订多套方案，以供比较选择最优，同时还要多请教指导老师和同学，并多查阅相关的书籍来尽可能好的完成设计。2机械加工工艺规程的制订2.1计算生产纲领，确定零件生产的类型零件生产纲领的大小对组织生产以及工件加工的工艺过程当中起着非常重要的作用，它也决定了各个工序所需要的专业化以及自动化的要求程度，以及所选择的工艺的方法与工艺的装备的合理性。工件的生产纲领可以按下面公式来计算。N=Qn（1+a%）（1+b%） 参照资料当中生产纲领和生产类型以及工件的大小和零件复杂程度的关系，来确定其生产的类型。其零件备品率是25%，机械加工当中废品率是0.2%，每台产品当中这个零件选用的数量是1件，来拟定本工件的机械加工的工艺规程。 N=Qn（1+a%）（1+b%） =10000乘以1乘以（1+25%）（1+0.2%） =15000件每年工件的年产量是10000件每年，参照零件生产的类型以及生产纲领的关系，参照参考资料 ，确定零件生产的类型是大批量的生产。2.2 分析曲轴的零件图图1工件的结构对其机械加工工艺过程的影响都很大.使用的性能完全一样而结构不一样的两个零件，它们的加工难与易以及制造成本都可能有比较大的差别。所谓优良的工艺性能，首先就是这种结构方便于机械加工，就是在同样的生产条件下面能够选择简便与经济的方法加工出来。处此之外，工件的结构还要满足生产类型以及生产条件的要求。曲轴的精度要求也非常的高，它的加工的质量对机器的工作的性能，对装配劳动量都有比较大的影响。所以,各个要素的尺寸的精度和位置的精度以及表面质量都要求相当高.它主要的尺寸以及精度要求，见曲轴工件图。按照曲轴的工作的特点，对其设计的要求如下： 合理的结构的设计（结构已定）。 足够的刚度以及强度。 足够的耐磨性和抗震性以及尺寸的稳定性。 一定的尺寸的精度和形状的精度以及位置的精度和表面的质量。 因为曲轴在旋转驱动的过程当中承受交变载荷，所以它还应该具有一定的抗疲劳的强度。上面当中各项的要求可以经过选取曲轴的材料和热处理的工艺能够解决，曲轴的制造的精度以由机械加工来于以保证。2. 3 加工毛坯的分析因为生产的规模较大，适合选择高精度的高生产率的毛坯的制造方法。精度很高的毛坯制造方法的的生产率正常也比较高，而且节约的原材料又降低机械加工的劳动量，又可以简化工艺以及工艺设备和减少产品的总成本。选取零件毛坯时应该分析零件的结构形状以及尺寸的大小、对工件的机械性能的要求以及本厂现有的设备以及技术水平，还应该考虑可能性以及经济性等因素。本次设计的曲轴材料为QT900-2铸件。按照制造工厂现有的零件毛坯的生产条件以及曲轴生产数量属于大批量生产类型的生产的纲领，选择砂型铸造工艺的生产方法，因为性能高、成本低和效率高以及毛坯精度高等、加工余量小而且组织均匀无胀砂、和缩砂以及缩孔等缺陷，表面的尺寸精度也高，可以达到IT67级的精度，表面的质量可达到表面粗糙度6.3。经过粗加工以后选择正火处理。毛胚的余量等见毛胚图图22.4 制订机械加工工艺过程的主要问题2.4.1 零件表面加工方法的选择零件表面的加工方法，首先取决于加工表面应有的技术要求。但应注意，这些技术要求不是一定就是零件图所规定的要求，有时还可能由于工艺上的原因而在某些方面高于零件图上的要求。如果由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求，或由于被作为精基准而可能对其提出更高的加工要求。当明确了各加工表面的技术要求后，即可据此选择能保证该要求的最终加工方法，并确定需几个工步的加工方法。所选择的加工方法，应满足零件的质量、良好的加工经济性和高的经济效率的要求。为此，选择加工方法时应考虑以下各因素：2.4.2加工工艺路线的拟订拟订机械加工工艺路线是制订零见工艺规程当中最为关键性的一步，它和定位基准面的选取都有着密切的关系。零件的工艺路线不但影响零件加工的质量以及效率，还影响到工人的劳动的强度、设备的投资和车间的面积以及生产成本等问题。工艺路线的主要工作是就是选择定位的基准和选取各表面的加工的方法以及具体安排加工工序的先后的顺序，确定零件工序的集中以及分散程度等。由于生产类型为大批生产， 保证零件的各部份精度，除此以外，还应降低生主成本。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床配以专用夹具，多用通用刀具，通用量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效表1方案1工 序 号工 名序 称工序内容10铸造铸造成型20时效去除铸造应力30钻钻45斜孔40钻钻攻左端各孔50铣铣33mm两侧面60车车438外圆70车顶车左右端外圆80车顶车两端面及钻孔90车顶车550外圆100磨磨438外圆110磨顶磨550外圆120钳工清洗、去毛刺、130终检检验表2方案2工 序 号工 名序 称工序内容10铸造铸造成型20时效去除铸造应力30钻钻两端中心孔40车顶车左右端外圆50车顶车两端面及钻孔60车顶车550外圆70车车438外圆80磨磨438外圆90钻钻45斜孔100钻钻攻左端各孔110铣铣33mm两侧面120磨顶磨550外圆130钳工清洗、去毛刺、140终检检验因为工件的加工的质量与生产效率以及经济性和工人的劳动的强度等，都和零件的工艺过程有着密切的关系，所以应该在进行充分调查研究的基础上，多设计一些方案经过分析和比较，最后选择一个最合理的机械加工工艺的过程。通过以上问题的分析和研究以及评比和估算以后，就可能的考虑先面后孔及设计基准统一原则，降低装夹误差以及调整的次数，以方便确保加工表面之间的位置的精度。通过综合分析以及调整，就得到大批量生产条件下的曲轴零件机械加工工艺的过程见方案22.5切削用量的确定工序：钻两端中心孔 刀具选择10麻花钻头 1）切削加工深度的确定 按照参考资料机械手册附表3-129，选取 2）进给量的确定 按照参考资料机械手册附表3-121，选取 根据机床的说明书（工艺手册附表4.2-26）选取 3）切削加工速度的确定 按照参考资料机械手册附表4-129，确定 得 所以 按照机床的说明书，选择 4）切削加工的工时： 扩17孔 选取3080钻床所选取的刀具是锪钻，它的耐用度 1）切削加工深度的确定 按照参考资料机械手册附表3-129，选择 2）进给量的确定 按照参考资料机械手册附表3-123，选择 根据剃齿床的说明书（工艺手册附表4.2-28）选取 3）切削加工速度的确定 按照参考资料机械手册附表3-137，得 即 所以 根据机床的说明书，选择 4）切削加工的工时： 工序: 顶车左右端外圆 机床选择6140车床刀具选择刀具材料为YT15，刀杆的尺寸， 根据参考资料机床加工工艺设计实用手册附表12-8车端面：采用合金车刀，同时还应该校验机床的功率以及进给机构的强度：。切削加工的深度：单边的余量，进给量：根据参考资料机械加工工艺手册附表15-19可知：选择；切削加工的速度计算：机械加工工艺手册附表8.7-9： 主轴转动速度的确定：按按机床来选择，故实际切削加工的速度：检验机床的功率：主切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.4-11所示公式的计算得：公式当中： 故 :切削加工时所消耗的功率 根据参考资料机床加工工艺设计实用手册主电动机的功率是,故机床的主轴功率达到要求,可以正常的加工。校验机床进给系统的强度:已经知道主切削力,径向的切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.3-10公式计算:公式当中: 故: 而轴向的切削力,主切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.4-19所见公式的计算：公式当中: 轴向的切削力: 选取机床导轨以及床鞍之间的摩擦的系数,所以切削力在纵向进给的方向对进给机构的作用力是:因机床纵向的进给机构可以承受的最大的纵向力是,根据参考资料机械加工工艺手册附表机床的进给的系统能够正常的工作.切削加工工时: 根据参考资料机械加工工艺手册附表公式当中所以车外圆：此时还应该校验机床的功率以及进给机构的强度切削加工的深度：单边的余量，进行2次走刀；进给量：根据参考资料机械加工工艺手册附表15-18可知：选择；切削加工的速度计算： 主轴转动速度的确定：根据机床来选择，故实际切削加工的速度：校验机床的功率：主切削的力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.3-10的公式计算得：公式当中： 故 :切削加工时消耗的功率 根据参考资料机床加工工艺设计实用手册主电动机的的功率是,故机床的主轴的功率足够使用,能够正常的加工。校验验机床进给系统的强度:已经知道主切削力,径向的切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.3-17所见的公式计算得:公式当中: ，故: 因轴向的切削力,主的切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.4-17所示的公式计算得：公式当中: 轴向的切削力: 选择机床导轨以及床鞍之间的摩擦的系数,因切削力在纵向的进给方向所对进给机构的作用力是:因为机床纵向进给机构可以承受的最大的纵向力是,根据参考资料机械加工工艺手册附表机床的进给系统可以正常的工作.切削加工的工时: 根据参考资料机械加工工艺手册附表当中所以工序：顶车两端面及钻孔钻孔刀具选择钻头 1）钻削加工的深度以及宽度 2）每齿的进给量 （按照参考资料切削手册附表3.8） 3）切削加工的速度以及每分钟的进给量 切削加工的速度：按照参考资料机械制造工艺设计手册（下面叫作机械手册）附表3-39，确定 得所以 因为选择6140车床，按照机床使用的说明书（根据资料工艺手册附表4.2-31），得，所以实际切削加工的速度是 当时，机床工作台的每分钟的进给量应该是 根据机床的说明书，选则 4）切削加工的工时：公式当中，（切削手册表3.29，）则按照参考资料（切削手册附表3.28，）所以 车外圆：刀具选取高速钢车刀。后刀面磨钝标准是，耐用度是（2）切削用量的确定： 背吃刀量根据参考资料切削用量简明手册可得： ，选择。切削加工速度的计算, , ,所以：按机床选取(3)加工基本工时的计算： 工序 顶车550外圆深度的加工：刀具的耐用度：查参考书籍3的表9.6-9的表9.4-7取后刀面磨损的极限选取，使用年限。实际的加工的速度V：查参考书籍3的表9.3-11选择 机床主轴转速： 根据6140式机床加工的说明知： 加工实际速度：工作台60秒的进给量加工： 根据6140车床机床的使用的说明书得： 校验机床的机动的功率：由参考书籍3P5-107页3.5的式子： 其中， ，把上面的代入式（2-8）知道： 把、V算入1-3知：由于6140车床机床电机的功率，故加工车削用量能够满足加工。确定加工用时：由参考书籍2的表9.3-36加工的切削加工的时间得： 其中：，查参考书籍2的表9.2-37知，计入式2-5得： 工序: 车438外圆机床：CA6140卧式车床刀具：车刀因其单边余量：Z=1mm所以车削深度：进给量：根据机械加工工艺设计实用手册表2.4-73，取车削速度：参照机械加工工艺设计实用手册表2.4-81，取机床主轴转速：，按照机械加工工艺设计实用手册表3.1-74 实际车削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据机械加工工艺设计实用手册表2.4-81,切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：工步辅助时间为：1.23min工序: 铣33mm两侧面（1）刀具的选择，根据参考资料机械制造工艺设计简明手册选取平面铣刀（2）切削用量的选择： 根据参考资料切削用量手册可得：,再根据参考资料机械制造工艺设计简明手册X62W车床的进给量选择。根据参考资料切削用量简明手册选择根据机床来选择,所以加工基本工时的计算： 当中， 工序：钻45斜孔选取3080钻床.确定切削深度 =.确定进给量根据切削用量简明使用手册表1.5可知，当钻削时，钻头直径，： 按3080钻床的进给量（表4.39），选择， .确定切削速度= （3-9）式中=，=， （3-10） =37 = （3-11）按3080钻床的转速，选择 =560.计算基本工时= 工序 钻攻左端各孔1加工条件材料为QT900-2,硬度为, (机械制造工艺设计简明手册)18工艺要求:孔径mm,粗糙度要求为Rz12.5.选用钻床型号为3080型钻床. (查机械制造工艺设计简明手册)表4.1-18和4.3-16主轴转速: 进给量: 2选择钻头： 查切削用量简明手册表2.7,选用高速钢麻花钻钻削,麻花钻直径为d=9mm.钻头几何形状为：双锥修磨横刃, 后角，二重刃长度mm,横刃长mm,弧面长度mm,棱带长度 3选择切削用量:1）决定进给量f：按加工要求决定进给量：根据（切削手册表2-7），因为材料为QT900-2, 硬度为, mm时，所以mm/r。 由于,所以mm/r。2)按钻头强度决定进给量:根据（切削手册表28）,材料为200,硬度为 dmm,钻头强度允许的进给量是 (或)mm/r从以上三个进给量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为mm/r根据3080钻床说明书,选择mm/r，由于是加工孔,为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断,故在孔即将钻穿的时候停止自动进给采用手动进给.机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力在进行比较来校验。由（切削手册表319）可以查出钻孔时的轴向力，轴向力F 轴向力的修正系数为 (或) ,故F.根据3080钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力F远大于F,由于F F校验成功.故 mm/r可用.(1)决定钻头磨钝标准及寿命:查（切削手册表319）,当dmm时,钻头后刀面最大磨损量mm.寿命min(2)决定切削速度:查（切削手册表219），由于材料是200，硬度是硬度为，进给量1mm/r, d=10mm,.所以取切削速度Vm/min查（切削手册）切削速度的修正系数为: 故m/min根据3080钻床的实际钻速,可以考虑选择n.这个转速基本与计算转相符合,对麻花钻,以及其他方面的影响会比较小,所以可以直接采用(3)检验机床的扭矩及功率 根据（切削手册表123）,当/r, dmm时,MN.m . 扭矩的修正系数为 (或),故N.m根据（切削手册表329）,和以上已经的出的相关数据可以查出,高速钢钻头钻灰铸铁的时候消耗的功率为P根据3080钻床说明书, 远大于.由于M ， ，故选择的切削用量可用，即mm/r, r/min,Vm/min.4.计算基本工时 (2-5)，入切量及超切量（查切削手册表1-25）mm。故 min攻丝10孔 28孔根据切削用量简明手册表2.8，进给量；根据切削用量简明手册2.18，。所以，按机床要求，取故。切削公式， (2-14)工序 顶磨550外圆 刀具选择砂轮 1）切削加工深度的确定 按照参考资料机械手册附表3-129，选取 2）进给量的确定 按照参考资料机械手册附表3-121，选取 根据磨床的说明书（工艺手册附表4.2-26）选取 3）切削加工速度的确定 按照参考资料机械手册附表4-129，确定 得 所以 按照磨机床的说明书，选择 4）切削加工的工时： 工序 钳工 工序 终检3 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工此曲轴零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计钻两端中心孔。3.1定位分析选择曲轴50外圆、90端面及后端面来定位，所以相应的夹具上的定位元件应是特制V形块，定位分析如下：1.50外圆与特制V形块相配合，限制四个自由度，即Y轴移动、Y轴转动、Z轴移动和Z轴转动。2.90端面与特制V型块相配合，限制一个自由度，即X轴移动。3.浮顶销与曲轴后端面相配合，限制一个自由度，即X轴转动。工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。3.2定位误差分析定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图1所示 图1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2，两个极端情况：情况1：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地高得加工尺寸；情况2：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地低得加工尺寸。且该工序定位误差 图2 定位误差 =O1O2+(d2-（d2-Td2)/2 =Td1/(2sina/2)+Td2/2 =0.043/2sin45+0.03/2 0.3923.3选择夹紧机构夹本道工序为钻床夹具选择由圆垫圈、六角螺母、螺杆和带肩六角螺母等组成螺旋夹紧机构夹紧工件。3.4切削力计算本夹具是钻端面中心孔，钻螺纹底孔时切削力是最大的，故按钻8.5孔时计算切削力。查简明机床夹具设计手册表3-3得切削力计算公式：由钻8孔的工时计算知，=0.28mm，由简明机床夹具设计手册表3-3知即3.5夹紧力计算依据参考文献2，P98知，根据参考文献查知，=3，,，,， 41283N 此夹紧力远大于钻削力，故夹紧机构合理。3.6夹具的设计及简要操作说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择由圆垫圈、六角螺母、螺杆、弹簧、移动压板和带肩六角螺母等组成的螺旋夹紧机构夹紧工件。本工序为钻削余量小，钻削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。总结本课题为曲轴零件工艺规程设计及钻床设计。通过对曲轴零件的工艺分析，结合有关的资料手册，我基本完成了零件的工艺规程编制和专用夹具的设计，并进行了有关的评估，所做的设计能够满足零件的加工要求。通过课程设计，我将几年来所学到得知识整体的运用在设计上，不管是整体的设计理念，还是局部的工艺过程，都